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目录0.前言.....................................................................11.交通灯设计的基本理论.....................................................12.方案设计.................................................................23.硬件电路的工作原理.......................................................33.1单片机AT89C51模块...................................................33.2LED数码管...........................................................43.3外部时钟方式电路....................................................53.4手动复位电路........................................................53.6紧急按键电路........................................................63.7信号灯显示部分电路..................................................64.软件编程.................................................................74.1交通灯定时流程.......................................................74.2交通灯主程序流程....................................................84.3中断服务流程.......................................................85.系统调试和结果分析.......................................................96.结论及进一步设想........................................................10参考文献...................................................................11课设体会...................................................................12附录1元件清单...........................................................13附录2交通灯总电路图.....................................................14附录3程序说明...........................................................16沈阳航空航天大学课程设计论文智能交通灯的控制第1页智能交通灯的控制佟川沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文设计了一个交通灯电路，它的主要功能是正常通车的情况下，东西与南北方向交替通行时间各是30秒，采用了AT89C51芯片的外部中断和软件延时作为核心电路，通过数码管显示电路进行定时倒计时。优点是，设计电路简单，美观，性价比高，编程简单易懂！综合比较实用性较高。关键词：交通灯；数码管；中断；延时0.前言随着经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通拥塞已成为一个国际性的问题。因此，设计可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有极大的现实必要性。通常情况下，交通信号灯控制主要两个主要缺陷是：1、车道放行车辆时，十字路口经常出现车道车辆多，放行时间短，车流无法在规定时间内通过，或是放行时间明显过长；2、未考虑急车强通（譬如，消防车执行紧急任务时，两车道都应等待消防车通过）。由于交通信号灯控制系统缺乏有效的应急措施，导致十字路口交通受阻，造成不必要的经济损失。本次课程设计所要求设计的交通信号灯，使交通信号灯现场控制灵活、有效。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。1.交通灯设计的基本理论本系统由单片机系统、LED数码管显示、交通灯按钮控制系统组成。可以实现基本交通灯功能外，亦能实现倒计时，紧急特殊模式等功能。a.交通等功能：正常东西方向通车，正常南北方向通车，通车时间均为30秒。b.计时显示功能：正常通车情况下，可以对通车的时间进行倒计时计数，并通过LED数码管显示出。c.紧急模式：设置外部中断1为紧急模式触发按钮，由电平触发完成，设置为高优先级。此时无论紧急状况（如车祸等）发生在何时都可以直接进入紧急模式以便于交警管理人员处理问题。此模式适用于十字路口发生紧急情况如车祸等时，需要双向禁行的时候。在此模式下可随时复位到正常模式。此次设计运用了软件延时程序。这样不仅调整延时长短十分灵活，而且不占用内部定时/计数器的资源。设计中通过对指令运行的次数进行循环来实现软件延时。当晶振频率为12MHz时有以下时间周期：沈阳航空航天大学课程设计论文智能交通灯的控制第2页震荡周期：1/12微秒；状态周期：1/6微秒；机器周期：1微秒；指令周期：1～4微秒；（根据指令的不同而不同）在此基础上，可以设定设循环程序的循环次数来决定所要求的延时时间。软件延时的优点是较为灵活，调整更为容易，且不受延时时间限制。其缺点也相当明显，软件延时长时间占用系统资源，使得CPU工作效率不高，在中断频繁的系统中其定时精度也受到中断的影响。综上所述：本系统要求延时时间较长，且没有频繁申请的中断系统，所以选择软件延时配合外部申请中断模式切换较为合理。工作状态下，交通灯每30秒改变一次通行方向，使得东西和南北方向交替通行。LED显示系统则显示到下一次改变所剩时间，便于司机调整车辆运行状况。每到通行状态改变时，绿灯闪烁继而变为黄灯，提醒司机通行方向改变，避免危险事故发生。2.方案设计交通灯电路的基本组成如图1图1交通灯电路原理框图本设计以红、黄、绿三色灯组表示交通信号灯以按动按键表示车辆的到达。按键分为紧急按键和复位按键两种。东西、南北方向信号灯的变化是定时的，各为30秒。当无紧复位电路时钟电路AT89C51芯片LED数码显示按键沈阳航空航天大学课程设计论文智能交通灯的控制第3页急按键按下时，AT89C51芯片读入时钟信号，通过LED数码显示进行倒计时显示，交通灯正常亮灭。当有紧急按键按下时，路口的信号灯全部变红，以便所需车辆顺利通行，该车辆通过后，交通灯恢复当前状态，此过程通过中断方式进行处理。若此过程中需要需要复位操作，按下复位按键即可恢复电路的先前状态.3.电路的工作原理由软件设置交通灯的初始时间，南北方向和东西方向各30秒，数码管的数码段用不同的口线，东西方向用的是P2.1～P2.3,南北使用P2.5～P2.7，通过单片机的P1口来控制各种信号的点亮时间。3.硬件电路的工作原理3.1单片机AT89C51模块AT89C51的内部结构原理图见图2图2AT89C51内部结构原理图本设计中AT89C51使用12MHz晶振。XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：外接晶体引脚，XTAL1和XTAL2分别接外部晶振一端。RST：即为RESET，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。在此设计中接正常模式按扭P3.3：接紧急工作模式按扭P1.0~P1.7：用来控制LED显示器的显示空控制P2.7、P2.6、P2.5：用来控制南北交通信号灯P2.1、P2.2、P2.3：用来控制东西交通信号灯如图3所示I/O存储器EPROM/ROM定时/计数器运算器控制器中断CPU片内振荡器RAM/SFP并行口存储器扩展控制器串行口XTAL沈阳航空航天大学课程设计论文智能交通灯的控制第4页图3单片机引脚结构3.2LED数码管传统的共阳或共阴的数码管其显示输入需要为段码，这样就使得电路相对复杂和繁琐。对于相同的功能在成本相差不大的情况下，此处运用了带BCD译码电路的LED显示器。这样既可使线路简化，可靠性提高。本设计中使用的自带BCD译码电路的LED显示器，其主要特点是采用四线BCD码输入，可显示0-F十六进制数。使用时直接输入BCD码即可显示相应的数字，使得电路大大简化。图4LED数码管沈阳航空航天大学课程设计论文智能交通灯的控制第5页3.3外部时钟方式电路XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C130pFC230pFX1CRYSTAL图5外部时钟方式电路图外部时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30PF。3.4手动复位电路XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C34.7uFR1400图6手动复位电路图复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号沈阳航空航天大学课程设计论文智能交通灯的控制第6页是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。3.6紧急按键电路XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51图7紧急按键电路当紧急情况发生时，按下紧急按键，单片机输出紧急信号，系统进入紧急状态。3.7信号灯显示部分电路